隧道施工技术一.ppt
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1、谈谈隧道施工中应注意的问题,隧道施工技术(一),1、隧道修建方法分类与简况2、矿山法施工方法分类3、施工组织设计的编制程序与方法4、隧道施工的基本原则5、隧道开挖与出碴运输6、超前支护与初期支护7、防排水施工8、二次衬砌9、围岩量测10、施工通风除尘11、坍方及大变形处理12、隧道工程质量控制,目 录,1隧道修建方法分类与简况,1.1 分类 表1,明挖法:明挖暗埋;沉埋管段暗挖法:矿山法(新奥法、钻爆法)非爆破法TBM法;盾构法,表1 隧道修建方法分类表,1隧道修建方法分类与简况,1.2 修建简况,山岭隧道:历史最悠久。黑色炸药是我国古代四大发明之一,1225年传入西亚和欧洲。1867年瑞典人
2、诺贝尔发明黄色炸药,其后随着钻岩机械的诞生和发展,隧道钻爆法得到迅速发展。钻爆法修建隧道至今仍占统治地位。我国铁路隧道从1888年修建台湾省狮球岭隧道(261m)起,至1999年止,共修建铁路隧道6876座,总长3670km,最长的为秦岭隧道18.456km,已通车的最长乌梢岭隧道全长20050m,目前正在修建的青藏线关角隧道32km,石太线太行山隧道27.8km,太中银铁路吕梁山隧道20.785km。,1隧道修建方法分类与简况,1.2 修建简况,我国公路隧道随着高速公路的飞快发展也快速发展,截止2000年已修建1724座,总长700km。最长的公路隧道为开挖已贯通,正在灌筑砼衬砌的陕西省跨秦
3、岭的终南山隧道,长度18.05km。,1隧道修建方法分类与简况,1.2 修建简况,TBM隧道:起步较晚,但发展迅猛。自1952年美国罗宾斯公司生产第1台TBM起,采用TBM施工的隧道的累计总长度已超过4000km 目前世界上每年开挖的隧道中,有30%40%是由掘进机完成的。开挖断面直径最大的达到11.81m(瑞士Mt.Russein道路隧道,19901992年)。我国采用TBM施工的隧道,主要是水电部门和铁路部门。水电部门的甘肃引大入秦30A隧洞和山西万家寨引黄入晋工程隧洞,使用TBM完成的隧洞累计长度已超过130km,目前又在辽宁大伙房引水工程准备采取TBM施工隧洞。铁路隧道是1998年引进
4、2台8.8m德国威尔特公司生产的TBM,完成西康线秦岭线隧道、西安合肥线桃花铺1号隧道和磨沟岭隧道累计23km的单线隧道。,1隧道修建方法分类与简况,1.2 修建简况,盾构隧道:第一座采用盾构法修建的隧道是1825年英国泰晤士河河底隧道,比TBM问世早127年。此后,在英、美、法、德等国家得到推广应用。日本则是20世纪60年代起迅速发展,19641984年20年间就生产各式盾构5000台,仅东京地铁采用盾构法完成的隧道累计长度超过300km。1988年1993年英、法两国采用11台盾构机修建了全长48.5km的英吉利海峡隧道,2003年英法两国采用15m土压平衡式盾构机又开始修建第2条英吉利海
5、峡隧道。,我国盾构法施工始于1965年上海打浦路过江隧道(10.22m),1984年和1994年在上海黄浦江上又先后修建11.3m的延安东路隧道和11.22m的延安东路复线隧道。最近跨越长江的武汉过江隧道(11m多)已开工,南京过江隧道(14.87m)也即将采用盾构法修建。采用盾构法修建的地铁隧道近年来更是蓬勃发展,主要城市有上海、广州、深圳、北京、南京、天津等,我国的盾构法施工已步入世界盾构技术的先进行列。,1隧道修建方法分类与简况,1.2 修建简况,目前正在施工的上海崇明岛长江越江盾构隧道,直径为15m,分上下两层,上面为三车道公路隧道,下层为地铁隧道,是目前世界上直径最大的盾构隧道。,2
6、矿山法施工方法分类,施工方法的选用,主要依据工程地质和水文地质条件、开挖断面、工期要求、施工设备、环境保护等因素,经综合经济技术比较后确定。主要的施工方法分类如表2。,2矿山法施工方法分类,从施工速度上比较,由快到慢,依次为全断面法台阶法分部开挖法。从控制地表和地中变位上,由好到差,依次为中隔壁法侧壁法环形开挖法台阶法。从疏排地下水的效果上,双侧壁导坑法优于其他方法。,2矿山法施工方法分类,3施工组织设计的编制程序与方法,3施工组织设计的编制程序与方法,表3 隧道开挖平均进度表(m/月),3施工组织设计的编制程序与方法,4隧道施工的基本原则,采用非爆破的机械开挖方法,如TBM,单臂掘进机等。,
7、4.1 保护围岩,对于硬岩,主要是减少开挖对围岩的扰动范围,控制对围岩的损伤。,主要措施有:,采用控制爆破技术,拱部用光面爆破,边墙用预裂爆破。,采用导坑超前加周边扩挖的开挖方法。,4隧道施工的基本原则,对于软弱围岩,主要是控制围岩的松驰,提高围岩自支护能力。,主要措施:,超前加固地层。采用超前注浆管棚、超前注浆小导管、超浅埋隧道地表注浆加固地层等;,稳定开挖面。采用超前支护、开挖面正面锚喷、预留核心土等。,开挖地段及时闭合成环。尽管缩短台阶长度,及时施作初期支护,设临时仰拱或横撑;大跨度隧道施作临时仰拱有困难时,可采用“三锁”注浆锚管(杆)替代;设底部锚杆或底部注浆加固;仰拱超前于墙拱施作,
8、尽管靠近下台阶开挖面。,4隧道施工的基本原则,内实外美是隧道施工质量的主要标志,它取决于初期支护和二次衬砌的施作质量。“内实”是内在质量的体现,“外美”是外观质量的体现。内实是基础,两者溶为一体。内实就是要求隧道初期支护和衬砌具有设计耐用期内的强度、耐久性、使用性和可靠性,做到“四密实”喷砼密实、初期支护与围岩密实(贴)、二衬砼密实、二衬与衬期支护密实(贴)。外美主要是衬砌表面平整,颜色一致,无错台,无蜂窝麻面;三缝处理到位,不渗不漏。,4.2 内实外美,4隧道施工的基本原则,包含两层意思。一是搞好施工通风除尘和照明,确保洞内各作业面的空气质量、粉尘含量、温度湿度和亮度,控制在国家劳动卫生的标
9、准之内,最大限度地减少对作业人员健康的影响;二是保护隧道周边环境,控制地表下沉、控制水资源流失、防止工程废水弃碴污染和影响河流、保护隧道洞口植被等。,4.3 重视环境,4隧道施工的基本原则,动态施工就是隧道施工必须根据地质条件和围岩力学动态的变化,适时采取相应措施适应这种动态变化的施工管理过程。它包括动态变化信息的收集分析、反馈设计和指导施工三方面内容。动态变化信息通过施工地质调查预报、围岩量测获取。反馈设计就是根据获取的地质条件和围岩力学动态变化信息,及时修正优化进行动态设计,尔后改进施工方法和施工工艺,最终目的就是达到安全、优质、快速、降造。,4.4 动态施工,5隧道开挖,5.1 开挖方法
10、,全断面法:适用于、级围岩,机械:液压钻孔台车,多层台架风钻。近年来,台架风钻替代钻孔台车渐减趋势,优点是施工进度不低于台车,造价低。台阶法:适用于III级围岩。以两台阶为主。保护围岩,控制变形防止坍方的关键是合理确定台阶长度(表2)和仰拱先行。工程中普遍存在的问题为台阶过长。分部开挖法:适用于级围岩,采用环形开挖留核心土法居多。施工作业关键:各部间距应3m;初支及时封闭;上下部开挖时钢架的连接。大跨软弱富水地段,建议采用双侧壁导坑法。实例:岐岭铁路双线隧道进口段。,5隧道开挖,5.2 钻爆作业,作业循环进尺:表5.21,表5.21 常用的作业循环进尺表(m),5隧道开挖,5.2 钻爆作业,作
11、业循环进尺:,作业循环进尺根据计划进度、凿岩机械性能及工班作业制度确定。一般以一个作业班内完成一个掘进循环工作量为宜。风枪钻眼最佳作业深度为3m左右,过浅增加作业次数,过深影响作业时间。、级软弱围岩段施工,循环进度应与钢架间距相适应。,5隧道开挖,5.2 钻爆作业,钻爆设计:,内容包括:炮眼(掏槽眼、辅助眼、周边眼)的布置、数目、深度和角度,装药结构和装药量,起爆方法和爆破顺序等。钻爆设计图包括:炮眼布置图、炮眼装药结构图(重点为周边眼)、钻爆参数表、主要技术经济指标及必要的说明。全断面法的主要技术经济指标为单位耗药量Q(kg/m3)和单位面积炮眼数量N(个/m2)。Q、N偏小,爆破块度大不利
12、于装药,也影响开挖轮廓;Q、N偏大,造成浪费,也易影响开挖轮廓。合理的Q、N应根据围岩的级别(坚硬程度与岩层构造)和开挖断面大小确定,其综合经验值可采用Q=1.11.4;N=1.52.0。岩石抗压强度高、断面小,取上限;实际施工时,通过试验或掘进循环调整修正。钻爆参数的选用可参考相关的施工规范。钻爆施工中的关键是掏槽眼和周边眼。,5隧道开挖,5.2 钻爆作业,钻爆设计:,掏槽眼形式,多数采用楔形掏槽和复式楔形掏槽,采用液压钻孔台车作业时,也可采用中空直眼掏槽(102,14个空眼)。槽眼装药集中度要大于辅助眼。周边眼是控制开挖轮廓,减少超欠挖的核心部位。为保护围岩,要求采用光面爆破。其实质就是利
13、用药量爆炸的能量,使各周边眼之间形成贯通裂缝将岩体崩落下来,而周边眼连线以外围岩基本保持完整。其突出标志,是在平整的围岩壁上完整保留清晰可见的炮眼痕迹。铁路、公路、隧道规范要求,光面爆破后开挖断面应符合下列要求:,5隧道开挖,5.2 钻爆作业,钻爆设计:,(1)断面超欠挖量控制在允许值内(表5.22),表5.22 隧道允许超挖值(cm),5隧道开挖,5.2 钻爆作业,钻爆设计:,(2)炮眼痕迹保存率(残留有痕迹的炮眼数周边眼总数)100%:硬岩80%,中硬岩70%,软岩50%,并应在开挖轮廓面上均匀分布。周边眼光面爆破参数选用,如表 5.2 3,表5.23 光面爆破参数表,5隧道开挖,5.2
14、钻爆作业,爆破器材:,炸药:2#岩石硝铵炸药使用最普遍,直径32mm,爆速3600m/s,密度0.951.10g/cm3;有水地段可使用抗水岩石硝铵炸药或乳化炸药;周边眼光面爆破常使用小直径(22)2#岩石硝铵炸药或低密度(0.87g/cm3)、低爆速(1800m/s)、低猛度的光爆炸药。传爆线:基本上都采用塑料导爆管代替上世纪70年代以前使用的导火索和电力线。塑料导爆管采用高压聚乙烯管,内壁涂覆极薄层炸药粉末,传爆速度19002200m/s,具有抗电、抗火(明火烧不引爆)、抗冲击、抗拉、抗水(在水深80m处放置48h性能不变)性能。起爆元件:配合塑料导爆管,采用非电毫秒延期雷管。国产的非电毫
15、秒雷管一般为115段,根据需要也可生产120段。各段之间的延期时间,由小号到大号,逐段增加,如表5.24。此外还有国产半秒延期雷管(110段)。,5隧道开挖,5.2 钻爆作业,爆破器材:,表5.24 国产非电毫秒延期雷管段差表,5隧道开挖,5.2 钻爆作业,爆破器材:,5隧道开挖,5.2 钻爆作业,爆破器材:,联贯方式有:(1)串联起爆网络:图 5.21,1 孔内毫秒雷管 2 塑料导爆管 3 普通火雷管(瞬时或延时)4 导火索 5 点火器,5隧道开挖,5.2 钻爆作业,爆破器材:,联贯方式有:(2)并联起爆网络:图 5.22,隧道全断面开挖炮眼多(单线隧道80100个,双线140180),多采
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